CN105926561A - 一种水力驱动式斜面升船机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水力驱动式斜面升船机包括挡水支撑部分、驱动部分和升船部分；挡水坝的下游方向设置导墙用于支撑斜面传送带升船，导墙与传送带之间设置承重轴承、承重齿轮，以实现传送带在导墙上的移动，挡水坝坝体上开设通航室用以实现船只过坝，通航室下游入口的底部与传送带顶部相连；压力管道放置在导墙外侧的牛腿上，在压力管道上每隔一定距离分叉出管道，用于安装喷嘴以冲击水轮机叶片，水斗式水轮机安装在驱动轴承端部，传送带底部加设若干道齿条，用于迎合驱动轴承上的驱动齿轮和导墙上的承重齿轮；船厢设置在传送带上。利用水自身产生的动力，使船厢匀速的沿斜面运动，节能环保、动力充足，适用于蓄水位高的大中型水利枢纽工程中。
Description
技术领域
本发明涉及一种水力驱动式斜面升船机，属于水利工程技术领域。
背景技术
我国具有优越自然条件来发展航运，河流湖泊众多且水量充足，可四季航行。水上运输具有投资建设少、效益高、运输量大等优点。因此，发展航运事业对我国服务工农业、便利物流、改善生活、提高经济，尤其对于供电不足但水量充足的偏远山区具有十分重要的意义。
传统的船闸主要利用电力抽水系统和排水系统使闸室内的水位与上游水位和下游水位齐平，使船只依次从上游到下游或从上游到下游。因此耗电量和耗水量都比较大，修筑闸室时开挖量也大。造价随水头的加高而明显加大。目前升船机主要是利用电能转化为机械能使船只沿铅直面或斜面升降。其机械设备复杂、技术要求高、耗电量大，且过船吨位受限制。
本发明提出来一种水力驱动式斜面升船机，来优化或解决以上问题。本发明水力驱动式斜面升船机是集合船闸和一般升船机的优点、克服彼此的缺点一种船只过坝建筑物。它利用水自身产生的动力，使船厢匀速的沿斜面运动。施工，管理，维修也很方便，运输量大。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水力驱动式斜面升船机，适用于高水头的大型河流。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种水力驱动式斜面升船机，其特征在于：包括挡水支撑部分、驱动部分和升船部分；其中，挡水支撑部分包括挡水坝、导墙、牛腿、承重轴承、承重齿轮和通航室，驱动部分包括压力管道、水斗式水轮机、驱动轴承和驱动齿轮，升船部分包括传送带和船厢；
挡水坝的下游方向设置导墙用于支撑斜面传送带升船，导墙与传送带之间设置承重轴承、承重齿轮，以实现传送带在导墙上的移动，并在左、右岸导墙外侧设置用于放置压力管道、水斗式水轮机和驱动轴承的若干个牛腿，挡水坝坝体上开设通航室用以实现船只过坝，通航室底部高程低于上游蓄水位，通航室下游入口的底部与传送带顶部相连；
压力管道放置在导墙外侧的牛腿上，并以镶嵌固结的方式与牛腿相结合，在压力管道上每隔一定距离分叉出管道，用于安装喷嘴以冲击水轮机叶片，水斗式水轮机安装在驱动轴承端部，驱动轴承放置在牛腿上，传送带底部加设若干道齿条，用于迎合驱动轴承上的驱动齿轮和导墙上的承重齿轮；传送带与驱动轴承之间通过驱动齿轮和齿条啮合连接，传送带的移动通过驱动轴承上的驱动齿轮带动；同时，传送带的最低端依靠承重轴承上的承重齿轮带动其移动；
船厢设置在传送带上，且船厢的底部与传送带之间用桁架固定，以维持船厢在传送过程中的水平。
作为优选方案，所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：所述导墙沿1：8的坡度放缓至下游水面处。
作为优选方案，所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：所述喷嘴采用水操作双调节直喷嘴。
作为优选方案，所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：所述水斗式水轮机包括叶片形状为下凹型的水斗式水轮机和叶片形状为上凸型的水斗式水轮机，叶片形状为下凹型的水斗式水轮机安装在左岸的驱动轴承端，发生逆时针转动，从而把船只从下游传送到上游；叶片形状为上凸型的水斗式水轮机设置在右岸的驱动轴承端，发生顺时针转动，从而将船只从上游带到下游。
作为优选方案，所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：所述船厢的前后端分别设置船厢前端闸门、船厢后端闸门，以供船只的进出，船厢内安装有抽排水设备。
更优选，所述船厢前端闸门、船厢后端闸门均为向外开启的，船厢体为铸铁材质并涂刷防锈涂料。
作为优选方案，所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：所述船厢内部设有若干个定位环，船只进入船厢后通过定位绳索固定在定位环上。
作为优选方案，所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：还包括刚套环，所述驱动轴承与牛腿之间用刚套环连接，维以持驱动轴承的支撑与转动。
有益效果：本发明提供的一种水力驱动式斜面升船机，立足于高水头大型河流，既能满足各类大小型船只的过坝需求，又可以节省人力电力，环保高效的升船机。此升船机在大型河流的适用性非常强，操作方便，在降低投资成本、节省人力电力，也可以使较大吨位的船安全的过坝，具有较好的工程经济实用性。具有以下优点：
1.这种水动力的斜面升船机根据水电站水力驱动原理，但又不同于传统升船机，省去了很多电气结构。同时，由于只靠水力驱动，在大中型河流当中节省了很多人力、电力资源，具有较好的工程参考价值。
2.这种的水动力斜面升船机的主要结构包括承船厢、传送轨道段、压力管道和水轮机设备，动力充足，要求的工作人员首先操作水轮机来控制动力，然后通过抽排水系统来控制船只在船厢内的水位，并通过调节船厢的闸门使船只顺利的过坝。因此本升船机对电力的需求仅在用于一些辅助装置上，这对于那些处于山区地区供电不足的偏远河流，意义更为深远。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明的俯视图；
图4为本发明中驱动系统的示意图；
图5为压力管道及其支撑结构图；
图中：挡水坝1、左侧导墙2、右侧导墙3、中部导墙4、压力管道牛腿5、水轮机牛腿6、承重齿轮7、压力管道8、驱动齿轮9、水轮机10、11、喷嘴12、传送带13、齿条14、刚套环15、承重轴承16、驱动轴承17、船只18、定位环19、定位绳索20、桁架21、船厢22、船厢前端闸门23、船厢后端闸门24、通航室25、通航室上游处闸门26、通航室下游处闸门27、压力管道进水口28。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1至图5所示，一种水力驱动式斜面升船机，包括挡水支撑部分、驱动部分和升船部分；
挡水支撑部分包括挡水坝1、导墙、牛腿（压力管道牛腿5、水轮机牛腿6）、承重轴承16、承重齿轮7、通航室25，设置三道导墙（左侧导墙2、右侧导墙3、中部导墙4）用于支撑斜面传送带升船，导墙与传送带13之间设置承重轴承16和承重齿轮7，以实现传送带在导墙上的移动，并在左侧导墙2和右侧导墙3外侧设置若干个牛腿用于放置压力管道8、水斗式水轮机10、11和驱动轴承17等，并沿1：8的坡度放缓至下游水面处，船只18过坝由在坝体开设通航室25实现，该通航室底部高程略低于上游蓄水位，宽度与船厢22相同，通航室下游入口的底部与传送带13顶部相连；
驱动部分包括压力管道8、水斗式水轮机10、11、驱动轴承17和驱动齿轮9，压力管道8放置在导墙外侧的牛腿上，并以镶嵌固结的方式与牛腿相结合，在压力管道8上每隔一定距离分叉出管道用于安装喷嘴12，利用喷嘴12喷射水流冲击水轮机10、11叶片，使其驱力，喷嘴形式采用水操作双调节直喷嘴；常规的水斗式水轮机的叶片形状一般为下凹型，在本实施例中将此类水斗式水轮机安装在左岸的驱动轴承端，并使其逆时针转动，从而把船只从下游传送到上游；与此同时，在右岸的驱动轴承端设置叶片形状为上凸型的水斗式水轮机，使其发生顺时针转动，从而将船只从上游带到下游；安装水斗式水轮机的驱动轴承17放置在水轮机牛腿6上，驱动轴承17与水轮机牛腿6之间用刚套环15连接，以维持轴承的支撑与转动，传送带13与驱动轴承17之间用驱动齿轮9连接，传送带13的移动依靠驱动轴承上的驱动齿轮9带动；
升船部分包括传送带13、船厢22；传送带13底部加设若干道齿条14，用于迎合轴承上的驱动齿轮9和导墙上的承重齿轮7；传送带13上安装船厢22，且船厢22的底部与传送带13之间用桁架21固定，以维持船厢在过坝过程中始终保持水平；船厢的前后端分别设置向外开启的闸门（船厢前端闸门23、船厢后端闸门24），以供船只的进出；船厢内部设有若干个定位环19，可通过定位绳索20将船只固定在船厢里，并在船厢内安装抽排水设备。
本实施例立足于高水头的大中型河道的通航要求而设计，其实施结合河道挡水坝进行布置，参考图1、图2和图3，挡水坝1坝体为混凝土重力坝，坝高120m，坝顶宽25m，正常蓄水位为112m，下游水位为14m。
传送带13长度为920m，宽度16m，其中传送带13外沿的驱动齿轮9厚度为0.8m，直径为3.5m，驱动齿轮9与驱动轴承17相互固接，驱动轴承17直径为2m。承重齿轮7厚度为1.5m，直径为1.2m，传送带13为钢铁结构，并用左中右三道混凝土导墙2、3、4支撑。承重齿轮7与承重轴承16的连接方式参见图4，承重轴承16直径为1m，承重齿轮7与传送带13上的齿条14之间的连接方式参见图4。
参见图2，船只18过坝由在坝体开设通航室25来实现，该通航室25底部高程略低于上游蓄水位，宽度与船厢22相同，通航室25下游入口底部与传送带13上船厢22底部齐平并在通航室25两头的坝体上下游面安装潜孔式船厢前端闸门23、船厢后端闸门24，该通航室宽为15m，高为10m。
参见图3、图4，本实施例承载的过流船只18最大尺寸为25m*12m*10m，由此设计的船厢22具体尺寸为：28m*15m*15m，船厢22厚度为0.2m，船厢前端闸门23、船厢后端闸门24都为向外开启的，船厢体为铸铁材质并涂刷防锈涂料，船厢22底板连接着桁架21并固定在传送带13上，参见图2。船厢22内部设置6个定位环19，船只18进入船厢22后通过定位绳索20固定在定位环19上。船厢22里面安装抽水机，给船厢内注水。
支撑传送带13的左侧导墙2、右侧导墙3、中部导墙4以1:8放坡，厚度为2m。在坝上游面距离坝顶46m处分别设置左岸和右岸的压力管道进水口28，口径为3.7m，压力管道8内径为3.5m，外径为3.65m。左侧导墙2和右侧导墙3的外侧共设置11对牛腿，其中有七对压力管道牛腿5以镶嵌固结的方式来支撑压力管道，具体连接方式参见图5，压力管道牛腿5长度为5m，宽1.5m，厚度为0.6m；四对水轮机牛腿6用以支撑水轮机转动叶片部分，水轮机牛腿6长3m，宽2.5m，
具体的实施方式为：参见图4，水轮机10、11的转动叶片部分与传送带13之间通过驱动轴承17相互连接，驱动轴承17用刚套环15固定在水轮机牛腿6上，刚套环15内外径分别为2.1m和2.2m，并在刚套环15和驱动轴承17之间设置若干个直径为0.1m钢珠，具体的连接方式参见图4，在传送带13外沿底部设置齿条14，与承重轴承16、驱动轴承17上的承重齿轮7、驱动齿轮9相啮合。
本实施例中水轮机10、11都为水斗式水轮机，左侧导墙2和右侧导墙3上的水轮机10、11叶片形状参考图4，喷嘴12采用水操作双调节直喷嘴，口径为1.5m。根据水力计算的谢才公式求得本实施例中的压力管道5中的最大取水流量为84m3/s；由于各水轮机所在高程及对应的水头都各不相同，根据水斗式水轮机规范计算得出从上游到下游的水轮机直径依次为：3.5m、4.8m、5.9m、7.2m。然后通过喷针来控制每个管嘴的流速，以保证每个水轮机出力每个及转速一致。
本发明的工作过程如下：
当下游船向上游航行过坝时，打开相应的船厢后端闸门24，船只18全部进入船厢22内后关闭船厢后端闸门24，用抽水机往船厢22里面注水直到达到合适的水位，再用定位绳索20将船只固定在船厢内；打开左侧压力管道进水口28的闸门，使放置在左岸的水轮机10逆时针转动，并带动传送带13上升，从而把船厢22从下游匀速传送到通航室25下游入口处。当船厢以此方法上升时，打开通航室上游处闸门26，使通航室内先充满水；当船厢到达通航室下游处入口，先打开通航室下游处闸门27，然后打开船厢前端闸门23，待到船厢22、通航室25与上游水位齐平时，船只自行过坝至上游。
反之，当上游船只向下游航行并有过坝需求时，打开通航室上游处闸门26，船只18驶入通航室25内后，然后打开通航室下游处闸门27以及传送带顶部的船厢前端闸门23，当三者之间的水位稳定后，船只驶入船厢，并固定好；然后打开右岸压力管道进水口28的闸门，使放置在右岸的水轮机11顺时针转动，从而带动传送带向下移动，实现将船只从通航室下游处出口到达下游。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种水力驱动式斜面升船机，其特征在于：包括挡水支撑部分、驱动部分和升船部分；其中，挡水支撑部分包括挡水坝、导墙、牛腿、承重轴承、承重齿轮和通航室，驱动部分包括压力管道、水斗式水轮机、驱动轴承和驱动齿轮，升船部分包括传送带和船厢；
挡水坝的下游方向设置导墙用于支撑斜面传送带升船，导墙与传送带之间设置承重轴承、承重齿轮，以实现传送带在导墙上的移动，并在左、右岸导墙外侧设置用于放置压力管道、水斗式水轮机和驱动轴承的若干个牛腿，挡水坝坝体上开设通航室用以实现船只过坝，通航室底部高程低于上游蓄水位，通航室下游入口的底部与传送带顶部相连；
压力管道放置在导墙外侧的牛腿上，并以镶嵌固结的方式与牛腿相结合，在压力管道上每隔一定距离分叉出管道，用于安装喷嘴以冲击水轮机叶片，水斗式水轮机安装在驱动轴承端部，驱动轴承放置在牛腿上，传送带底部加设若干道齿条，用于迎合驱动轴承上的驱动齿轮和导墙上的承重齿轮；传送带与驱动轴承之间通过驱动齿轮和齿条啮合连接；船厢设置在传送带上，且船厢的底部与传送带之间用桁架固定，以维持船厢在传送过程中的水平。
2.根据权利要求1所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：所述导墙沿1：8的坡度放缓至下游水面处。
3.根据权利要求1所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：所述喷嘴采用水操作双调节直喷嘴。
4.根据权利要求1所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：所述水斗式水轮机包括叶片形状为下凹型的水斗式水轮机和叶片形状为上凸型的水斗式水轮机，叶片形状为下凹型的水斗式水轮机安装在左岸的驱动轴承端，发生逆时针转动，从而把船只从下游传送到上游；叶片形状为上凸型的水斗式水轮机设置在右岸的驱动轴承端，发生顺时针转动，从而将船只从上游带到下游。
5.根据权利要求1所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：所述船厢的前后端分别设置船厢前端闸门、船厢后端闸门，以供船只的进出，船厢内安装有抽排水设备。
6.根据权利要求5所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：所述船厢前端闸门、船厢后端闸门均为向外开启的，船厢体为铸铁材质并涂刷防锈涂料。
7.根据权利要求1所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：所述船厢内部设有若干个定位环，船只进入船厢后通过定位绳索固定在定位环上。
8.根据权利要求1所述的水力驱动式斜面升船机，其特征在于：还包括刚套环，所述驱动轴承与牛腿之间用刚套环连接，维以持驱动轴承的支撑与转动。
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